Анатолий Кочнев - Гармония архитектуры и акустики

Проектное решение по ремонту концертного зала Капеллы, предложенное в 2005 году институтом ООО «Гипротеатр» (через 110 лет после пожара) недостаточно обоснованно включало замену исторической известково-гипсо-песчаной стяжки толщиной 100мм на слой эффективного утеплителя Epaterm толщиной 168мм!!!

В этом же проектном решении на слой эффективного утеплителя Epaterm по предложению ООО «Гипротеатр» необходимо было бы уложить цементную стяжку толщиной 20мм (!!!!).

Автор был приглашен заказчиком (Государственное Учреждение «Дирекция заказчика по ремонтно-реставрационным работам на памятниках истории и культуры») в качестве эксперта для оценки данного проекта реконструкции, разработанного ООО «Гипротеатр».

С экспертной точки зрения возможности сохранения при ремонте чердачного перекрытия уникальной акустики концертного зала Капеллы такое проектное решение ООО «Гипротеатр» (о замене исторической известково-гипсо-песчаной стяжки толщиной 100мм на слой эффективного утеплителя Epaterm толщиной 168мм с последующим нанесением стяжки толщиной 20мм), конечно, ни в коем случае нельзя было допустить к реализации – это было бы опасно для уникальной акустики Капеллы.

Предварительно заметим, что предложенная ООО «Гипротеатр» стяжка на слое утеплителя толщиной 168мм становилась бы мощным виброгасителем всех колебаний потолка концертного зала. Далее будет показано, что опрометчивое размещение на потолке концертного зала мощного виброгасителя, в свою очередь, имело бы катастрофические последствия для акустики этого уникального концертного зала……..

Архитектор М. Гейслер (при восстановлении здания после пожара в 1895 году) прекрасно это понимал и не допустил какого-либо непродуманного решения в части обязательного сохранения уникальных акустических качеств концертного зала, заложенных в проекте и в реальном здании концертного зала Капеллы в Санкт-Петербурге архитектором Л.Бенуа.

Главные акустические и теплоэнергетические идеи конструкции чердачного перекрытия концертного зала Капеллы, заложенные в проекте 1886 года архитектором Л.Бенуа и бережно сохранённые архитектором М.Гейслером в 1995 году, я полагаю, заключены в следующем:

Потолок – это рефлектор (отражатель) звука.

Потолок – это отражатель звука, который направляет к слушателям наиболее полезные первые отражения звука с запаздыванием по отношению к прямому звуку T=24–55мсек. Запаздывание отражений от потолка c T=24–55мсек в сочетании с запаздыванием звука от стен зала с T=7–30мсек обеспечивали наилучшую структуру первых отражений, которая создала славу акустике концертного зала, как одной из лучших в Европе.

Функция оптимальных первых отражений от потолка сформирована выбором высоты зала, равной в среднем 14.5м. Наилучшая структура первых отражений для зала в целом (и от стен и от потолка) сформирована выбором соотношения длины, ширины, высоты зала более 1.0, но менее 2.0 и тем, что продольные стены зала не параллельны. Не параллельные продольные стены позволяют успешно избежать ряда акустических дефектов, например, возникновения «порхающего эхо» и стоячих волн, т.е. весьма многократных нежелательных отражений от параллельных стен.

Потолок – это рассеиватель звука.

Потолок – это рассеиватель звука для частот, на которых длина волны звука соизмерима с размерами рассеивателей. Рассеивание позволяет наполнить звуком высокого качества практически весь объём зала, избегая нежелательных концентраций, а также – создавая наилучшую диффузность звукового поля.

Функция потолка, как рассеивателя звука по проекту архитекторов Л.Бенуа и М. Гейслера выполняется 126-ю открытыми кессонами, обращенными к слушателям, в нижней части конструкции чердачного перекрытия концертного зала.

При тех размерах кессонов, которые заложены в конструкции обследованного чердачного перекрытия (размеры в плане каждого кессона 1680х1550мм, с глубиной кессонов 360мм), рассеивается, в основном, звуки средних и высоких частот.

Принятая в проекте архитекторов Л.Бенуа и М.Гейслера схема расположения кессонов позволяет в процессе реверберации многократно перекрывать каждый рассеянный звук другими рассеянными звуками (отражениями с других направлений), что весьма благоприятно сказывается на диффузности звукового поля.

Потолок – это потолок – дека.

Потолок – это потолок – дека, т.е. – звучащий потолок; или, иными словами, – потолок, усиливающий звук и увеличивающий его продолжительность – время реверберации. Специальная пластина – дека характерна, например, для всех струнных музыкальных инструментов.

Специалистам хорошо известно, что в оперных залах с естественной акустикой, когда в программах имеются хоровое пение, симфонические и органные концерты, без усиления звука потолком-декой невозможно добиться рекомендуемых в мировой практике параметров реверберации.

Потолок-дека в концертном зале Капеллы, усиливая звук, увеличивает время реверберации до 1.75 секунд на частотах 500, 1000 Гц.

В современных залах функцию потолка-деки придают чердачному перекрытию, часть которого в центре, непосредственно над залом, «отделена» от периметральной части того же перекрытия, и может колебаться независимо от периметральной части. Реализация именно такого решения представлена в главе 3 при рассмотрении авторских материалов Международного конкурса по проекту второй сцены Мариинского оперного театра в Санкт-Петербурге.

Потолок – резонатор.

Чердачное перекрытие концертного зала Капеллы достаточно жесткое и полностью закреплено по контуру, его колебания на средних и высоких частотах не могут быть свободными (не демпфированными).

Поэтому функция потолка – деки в первом проекте (архитектора Л.Бенуа) обеспечена восемнадцатью замкнутыми воздушными полостями, расположенными над кессонами, т.е. над зашивкой потолка из досок толщиной 40мм. Полости имеют акустически обоснованные ширину от 930мм до 1080мм, высоту 270мм и длину до 23000мм.

Варьирование ширины полостей от 930мм до 1080мм по авторскому ― Л.Бенуа замыслу ― несёт интуитивно верно найденный архитектором оттенок «рассогласования» резонансов этих полостей по их ширине.

В отличие от резонаторов-сосудов с отверстиями, представляющих собой системы с сосредоточенными параметрами, замкнутые воздушные полости в данном случае являются системами с распределенными параметрами, "многочастотными системами".

Замкнутые воздушные полости играют роль широкополосных резонаторов – усилителей звука. Заложенные в проекте архитектора Л.Бенуа размеры полостей позволяют усиливать звук всех частот, в том числе и звук очень низких частот – инфразвук. Усиление звука очень низких и низких частот и, соответственно, увеличение времени реверберации при акустической связи объема зала и объемов воздушных полостей крайне важно для должного восприятия хорового пения и органной музыки.